TIK 215 UTILITAS Semester 3 : 3 SKS

TIU : Setelah mengikuti kuliah mahasiswa mampu memahami

boiler dan penyediaan steam, penyedian air, bahan bakar, listrik, sistem refrigerasi, dan penyediaan udara tekan

SILABUS : Modul 1. boiler dan penyediaan steam, penyedian air, bahan bakar -- Ir. Budiyono, MSi Modul 2. penyediaan listrik, sistem refrigerasi, dan penyediaan udara tekan --- Ir. Slamet Priyanto, MS

DAFTAR PUSTAKA Pada dasarnya tidak ada buku

yang membahas khusus mengenai unit utilitas.

Buku pustaka diambil berdasarkan topik yang sesuai dengan pokok bahasan yang ada, antara lain :

DAFTAR PUSTAKA Anonimous, (1985), Kurita Handbook of Water Treatment, Kurita Water Industries ltd., Tokyo Droste, R.l., (1997), Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley and

Sons, Inc., Canada Fair, G. M dan J. C. Geyer, (1961), Water Supply and Wastewater Disposal, John Wiley & Sons,

Inc., New York Huchler, L.A., (1998), “Select the Best Bioler-Water Chemical Treatment Program”, Chemical

Engineering Progress, August Kamala, A. dan D.L Kanth Rao, (1988), Environmental Engineering : Water Supply, Sanitary

Engineering and Pollution, Tata Mc Graw-Hill Publishing Co. Ltd., New Delhi Kawamura, S., (1991), Integrated Design of Water Treatment Facilities, John Wiley and Sons.,

Inc., New York Kemmer, F.N., (1988), The Nalco Water Handbook, 2-nd edition, McGraw-Hill Book Company,

New York Li K. W dan A. P Priddy, (1985), Power Plant System Design, John Wiley & Sons, Inc., Canada Linsley, R.K dan J.B. Franzini, (1979), Water Resources Engineering, 3-rd edition, McGraw-Hill

Book Co., New York Mangku Sitepoe, (1997), Air Untuk Kehidupan, Penerbit PT Gramedia Widiasarana Indonesia,

Jakarta Mallevialle, J., Odendaal, P.E., dan Wiesner, M.R., (1996), Water Treatment Membrane

Processes, McGraw-Hill, New York Reynolds, T.D., (1982), Unit Operation and Processes in Environmental Engineering,

Brooks/Cole Engineering Division, monterey, Caalifornia Setiadi, T., (1993), Teknologi Air (tidak diterbitkan), Jurusan Teknik Kimia Fak. Teknologi

Industri, ITB, Bandung Sundstrom, D.W. dan Klei, H.E., (1979), Wastewater Treatment, Prentice-Hall, Inc., Englewood

Cliffs Suriawiria, U., (1996), Air Dalam Kehidupan dan Lingkungan Yang Sehat, Penerbit Alumni,

Bandung Treybal, R.E., (1955), Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, New York Vila, R.C. dan S. Gopinathan, (1982), Air dan Kehidupan, PN Balai Pustaka, Jakarta

Sistem evaluasi Test Modul I setelah selesai modul 1 Test Modul Ii setelah selesai modul 2

Hasil test modul 1 dan 2 di rata-rata, bila sudah lulus tidak perlu mengikuti ujian, atau bila dikehendaki bisa mengikuti ujian untuk perbaikan

Mahasiswa mengambil perbaikan : diambil nilai yang lebih baik

UNIT UTILITASUnit pendukung proses di Industri dengan

tugas utama menyediakan :1. Air : steam, domestik, air pendingin,

proses2. Bahan bakar3. Listrik4. Udara tekan5. Sistem refrigerasi6. Sistem pelumasan7. Sistem pengolahan limbah

PENYEDIAAN AIRDari berbagai bahan baku (air laut; air sungai; sumur dangkal dan sumur dalam; air hujan, danau, dsb)

- Steam ---- ketel

- Air pendingin ------ cooling tower

- Chilled water ------ sistem refrigerasi

- Domestik

- Proses

Penguapan

Air permukaan

Air bawah tanah

hujan

Kondensasi

salju

Perkolasi air dalam batuan

KUALITAS AIR

“Water, water, everywhere, but nor any drop to drink”

(Air, air, dimana-mana air, tetapi setetespun tidak ada untuk minum, Sundstrom, 1979; Vila R.C., 1982)

Perlu teknologi pengolahan air !!!

JUMLAH AIR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)

Jenis Air Jumlah, km3 %

Air Laut 1.338 x 106

96,5

Air Tawar 35,03 x 103 2,53

Lain-lain 12,97 x 103

0,97

Total 1.386 x 106 100

AIR TAWAR DUNIA(Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)

Jenis Air Tawar

Jumlah, km3 %

Salju 24,06 x 103 68,7

Air tanah 10,85 x 103 31,0

Uap air (di udara)

0,01 x 103 0,03

Danau 0,108 x 103 0,29

Sungai 0,002 x 103 0,006

CADANGAN AIR ANTAR BENUA(Suara Merdeka, 24 Jan 04)

BENUA JML PENDUDUK, %

dunia

CADANGAN AIR TAWAR,

% dunia

ASIA 80 1

AUSTRALIA 2 3

Lainnya ? ?

Utilitas :TEKNOLOGI PENGOLAHAN

AIR

Ir. Budiyono, MSi

PENTINGNYA AIR(PENGOLAHAN AIR)

“Tidak ada kehidupan tanpa adanya air”.

“ The Best of All Things is Water (Air adalah yang terbaik dari segalanya)”

“Water, water, everywhere, nor any drop to drink” (penyair terkenal Coloridge, seorang Pelaut Kuno)

Mendapatkan air bersih termasuk hak asasi manusia (Resolusi PBB th 2000 melalui UNESCO)

KUALITAS AIR :PARAMETER PENCEMAR

T E R L A R U T

T E R S U S P E N S I

K O L O ID

T A K M E N G E N D A P(N O N S E T L E A B L E S O L ID )

M E N G E N D A P(S E T L E A B L E S O L ID )

P A D A T C A IR G A S

PAR AM ETER PEN C EM A R

ORGANIK DAN ANORGANIK

- Air yang murni tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau

- Karena siklus hidrologi, air mengandung berbagai bahan pencemar/kontaminan

KONTAMINAN AIR

IO N P O S IT IP IO N N E G A T IF

IO N IK & T E R L A R U T

S U S P E N S I K O L O ID G A S

N O N IO N IK & T ID A K T E R L A R U T

KO N TAM IN AN A IR

Ca2+, Mg2+,

Fe2+,

Mn2+,Na+, K+, dsb

SO4=, Cl-, NO3-,

HCO3-,

OH-,

CO3=

Tanah liat,

Debu, dsb

Tanah liat, virus, bakteri, alga

CO2, O2, N2,

H2S,

dsb

KONTAMINAN AIR

F IS IK A K IM IA B IO LO G I

KONTAMINAN AIR

T,

Padatan Tersuspensi,

Padatan terlarut,

Padatan total,

Konduktifitas, dll

pH,

Kation terlarut,

Anion terlarut,

Alkalinitas,

Kesadahan, dsb

Jml bakteri koli, dsb

ANALISA KIMIA

Kandungan kontaminan dinyatakan dengan :

1. miligram per liter (mg/l), bagian per juta (part per million, ppm), dan ppb (part per billion).

2. mol per liter 3. miliekuivalen per liter (meq/l). Jumlah ekuivalen solut

per liter larutan disebut juga dengan normalitas (N). 4. persen berat : massa zat terlarut per massa total

larutan dikalikan 100 %5. milligram per liter sebagai CaCO3 (mg/l sebagai

CaCO3). = Konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam miligram per liter sebagai CaCO3

Contoh Parameter Analisa AirNo Uji Keterangan /

Simbol Penggunaan Hasil

Pengujian

1

2

PH

Kation terlarutKalsiumMagnesiumKaliumNatrium

Ca2+Mg2+

K+Na+

Untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan encerUntuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.

Contoh Parameter Analisa Air

No Uji Keterangan / Simbol

Penggunaan Hasil Pengujian

3

4

Anion terlarut Bikarbonat Karbonat Klorida Hidroksida Nitrat SulfatAlkalinitas

HCO3-CO3=Cl-OH-NO3-SO4=HCO3- + CO3= + OH-

Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.Untuk mengukur kapasitas air untuk menetralkan asam

Contoh Parameter Analisa Air

No Uji Keterangan / Simbol

Penggunaan Hasil Pengujian

5

6

Kesadahan

Konduktifitas

kation multivalensi

mhos (micromhos)/c

m pada 25oC

Untuk mengukur kapasitas konsumsi sabun dan kecenderungan air untuk membentuk kerakUntuk memperkirakan total padatan terlarut atau check terhadap hasil analisa lengkap (Total Padatan Terlarut atau TDS = 0,55 - 0,7 x konduktifitas sampel)

Kation ANION Terlarut :Kesetimbangan muatan

1. Jumlah ekuivalen kation =

jumlah ekuivalen anion2. Jumlah kation dan anion dalam mg/L =

Total padatan terlarut

Review hasil analisa kimiaAnggap bahwa analisa kimia air permukaan sebagai berikut :

Ion Konsentrasi, mg/l

Ca 2+

Mg2+

Na+

K+

Cl-

SO4=

HCO3-

9030726

120225165

pH 7,5

(a). Periksa ketelitian hasil analisa di atas; (b) tentukan alkalinitas air dinyatakan sebagai CaCO3;

(c) tentukan kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO3; dan

(d) perkirakan kandungan padatan terlarut total.

Penyelesaian:Neraca kation-anion digunakan untuk memeriksa ketelitian analisa.

KationAnion

Ion

Konsentrasi

Ion

Konsentrasi

mg/l mg/meq meq/l mg/l mg/meq meq/l

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

9030726

2012,223,039,1

4,502,463,130,15

Cl-

SO4=

HCO3-

120225165

35,54861

2,824,692,70

Total 198 10,24 490 10,21

Keterangan : mg/meq = miligram/miliequivalen. Untuk

Kalsium, berat eqivalen = 20 yaitu gram/equivalen (40/2) = 20 miligram/miliequivalen.

meq/l = miliequivalen/liter. Untuk kalsium, meq/l = 90mg/l) / 20 mg/meq = 4,50

(a). Karena jumlah kation dan anion sama maka hasil analisa dapat diterima.

(b). Menentukan alkalinitas. Dari hasil analisa diatas, alkalinitas hanya disebabkan oleh ion HCO3-.

Alkalinitas dinyatakan sebagai CaCO3= 2,70 meq/l x 50 mg CaCO3/meq

= 135,3 mg/l sebagai CaCO3Catatan : berat equivalen CaCO3 = 100 g/2

= 50 g/eq = 50 mg/meq

(c). Menentukan kesadahan. Untuk hasil analisa yang disajikan, kesadahan air

disebabkan oleh ion kalsium dan magnesium.Kesadahan dinyatakan sebagai CaCO3

= (4,5 meq/l + 2,46 meq/l) x 50 mg CaCO3 /meq= 348,0 mg/l sebagai CaCO3

(d). Perkiraan total padatan terlarut (TDS)TDS= kation + anion dinyatakan dalam mg/l

= 198 mg/l + 490 mg/l= 688 mg/l

PENGOLAHAN AIR

TEKNOLOGI PENGOLAHAN

BAHAN BAKU AIR(KUALITAS AIR)

Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll

TUJUAN PENGGUNAAN(SPESIFIKASI)

Air minum, MCK, proses, pendingin, ketel / steam, dll

I. SATUAN PROSES

II. SATUAN OPERASI

KOAGULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, dll

MIXING, SEDIMENTASI, FILTRASI,ADSORPSI, FLOKULASI, DEAERASIdll

PENGOLAHAN AIR

CONTOH SEDERHANA:

Pengolahan air sumur menjadi air minum

Air sumur Air minum TEKNOLOGI PENGOLAHAN ???

Kualitas ???

KumanDesinfeksi !!!

Bebas kuman

Spesifikasi ????

Satuan pengolahan ???

== Pemilihan satuan-satuan operasi maupun proses untuk pengolahan air sangat tergantung pada kualitas dan jenis bahan baku serta tujuan penggunaan dari air yang telah diolah.

== bisa melibatkan bagian-bagian kecil dari satuan operasi dan proses, tetapi bisa juga melibatkan hampir semua satuan operasi dan proses yang ada.

BEBERAPA SATUAN OPERASI DAN SATUAN PROSES

DALAM PENGOLAHAN AIR

Satuan operasi

1.Saringan (screening)

2.Saringan mikron

3. Aerasi

4.Mixing

5.Flokulasi

6.Sedimentasi

7.Filtrasi

Saringan kuarsa digunakan untuk melindungi pompa dari padatan mengapung. Saringan halus digunakan untuk menghilangkan padatan mengapung dan tersuspensiDigunakan menghilangkan impuritas yang halus seperti alga, pasir, dsb.Untuk menambah maupun mengeluarkan gas-gas dari air. Misal : aerasi untuk menghilangkan Fe2+ dan Mn2+ terlarut.Untuk mencampur bahan-bahan kimia dan gas-gas yang diperlukan untuk pengolahan.Untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan sangat lambat.

Untuk menghilangkan partikel-partikel seperti tanah dan pasir atau padatan (flok) tersuspensi.

Untuk menyaring padatan yang masih tersisa setelah pengendapan/sedimentasi

Satuan Proses

1.Koagulasi

2.Disinfeksi

3.Presipitasi

4.Ion exchange

5.Adsorpsi

6.Oksidasi kimia

Proses penambahan bahan-bahan kimia untuk membentuk gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses flokulasi.Digunakan untuk mematikan bakteri patogen yang ada dalam air.Penghilangan komponen ion terlarut seperti kalsium dan magnesium (kesadahan) dengan penambahan bahan-bahan kimia sehingga akan menimbulkan endapanUntuk penghilangan sebagian maupun keseluruhan kation dan anion terlarut dalam airUntuk penghilangan senyawa-senyawa organik yang menyebabkan warna, rasa dan bau.Untuk mengoksidasi berbagai senyawa yang ditemukan di dalam air, yang menyebabkan rasa, warna dan kerak.

No.

Komponen Rumus Masalah yang ditimbulkan Cara pengolahan

1 Turbidity Tidak ada Air menjadi keruh, membentuk deposit pada pipa-pipa, alat-alat, ketel dan lain-lain

Koagulasi, pengendapan dan filtrasi

2 Warna Tidak ada Timbul buih dalam ketel, menghambat proses pengendapan pada penghilangan besi dan hot phosphate softening

Koagulasi, filtrasi, khlorinasi, adsorbsi dengan karbon aktif

3 Hardness (kesadahan)

Kalsium dan magnesium yang dinyatakan sebagai CaCO3

Membentuk Scale / kerak pada sistem penukar panas, ketel, pipa menghambat daya cuci dengan sabun

Pelunakan, destilasi, pengolahan internal

4 Alkalinity (alkalinitas)

Bikarbonat (HCO3)

Karbonat (CO3)

Hidroksida (OH)Dinyatakan sebagai CaCO3

Timbul buih dan carry over (lolosnya) padatan ke dalam uap panas mengakibatkan karatan pada pipa ketel, bikarbonat dan karbonat menghasilkan CO2 dalam uap panas,

sehingga bersifat korosif.

Pelunakan dengan kapur dan kapur-soda, demineralisasi, penambahan asam, dealkilasi dengan penukar ion, distilasi

5 Asam mineral bebas

H2SO4 ,HCl dan

sebagainya dinyatakan sebagai CaCO3

Korosif Netralisasi dengan alkali

Cara pengolahan air dari berbagai zat pengotor ( Setiadi, 1993)

6 Karbondioksida

CO2 Korosif terhadap jaringan pipa Aerasi, deaerasi, netralisasi dengan alkali, filming dan neutralizing amines

7 PH Konsentrasi ion hydrogen pH = -log (H+)

Perubahan pH dipengaruhi oleh keasaman atau kebasaan dalam air. Air dalam biasanya pH = 6-8

PH dapat dinaikkan dengan penambahan Al dan sebaiknya dengan asam

8 Sulfat SO4= Menaikkan kandungan padatan dalam

air, bereaksi dengan Ca membentuk kerak CaSO4

Demineralisasi, distilasi

9 Chlorida Cl- Menaikkan kandungan padatan dalam air dan bersifat korosif

10 Silika SiO2 Membentuk kerak pada ketel dan sudut-sudut turbin

11 Besi Fe2+ (ferro)Fe3+

Terbentuk deposit pada pipa-pipa dan boiler

Aerasi, koagulasi dan filtrai pelunakan kapur, penukar kation

12 Mangan Mn Terbentuk deposit Aerasi, pelunakan kapur

13 Minyak Dinyatakan sebagai oil atau Ichloroform extractible matter

Terbentuk kerak, lumpur dan buih dalam ketel

Raffle reparation stainers koagulan dan filktrasi, filtrasi dengan diatamaceous earth

14 Oksigen O2 Korosi Deaerasi, sodium sulfate, hyrazine, zat pencegah korosi

15 Hidrogen Sulfida

H2S Bau telur busuk, korosi Aerasi, khlorinasi, penukar anion berbasa tinggi

16 Amoniak NH3 Korosi pada tembaga dan seng Penukar kation dengan zeolite hidrogen, khlorination, daeaerasi

17 Konduktivitas

Dinyatakan dalam Micrombos, konduktansi spesifik

Konduktivitas yang tinggi maka sifat korosi makin tinggi

Demineralisasi, pelunakan kapur, dan sebagainya

18 Padatan terlarut

Tidak ada Padatan terlarut menunjukkan jumlah zat-zat yang terlarut, menyebabkan buih

Pelunakan kapur, penukar kation dengan zeolite hidrogen, demineralisasi, distilasi

19 Padatan tersuspensi

Tidak ada Menyebabkan deposit Pengendapan, filtrasi dan koagulasi

20 Padatan total Tidak ada Padatan total adalah padatan terlarut ditambah padatan tersuspensi

Sama dengan 19 dan 20

SATUAN OPERASI DAN PROSES SEDIMENTASI : MEMEMISAHKAN PADATAN

MENGENDAP

t = 0 t > t>>

padatan mengendap Padatan tak

mengendap

SEDIMENTASI KLARIFIER

THICKENER

FLOTASI (kebalikan sedimentasi)

SATUAN OPERASI DAN PROSES : SEDIMENTASI

Waktu Pengendapan Berbagai Ukuran Partikel

Diameter Partikel (mm)

Nama PartikelWaktu Pengendapan pada Ketinggian 1

kaki/ft

1010,10,010,0010,00010,00001

KerikilPasir kasarPasir halusLumpurBakteriPartikel tanah liatPartikel koloid

0,3 detik3 detik

38 detik33 menit35 jam230 hari63 tahun

SEDIMENTASI : Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)

(a) (b)

SATUAN OPERASI DAN PROSESKOAGULASI DAN FLOKULASI : memisahkan padatan

tersuspensi dan koloid

Padatan tersuspensiPadatan terlarut

koagulan koagulan

PRESIPITASI : menghilangkan kation/anion terlarut dengan penambahan bahan kimia

Bahan kimia

Kation/anion terlarut

ION EXCHANGE : menghilangkan kation/anion terlarut

Kation/anion

Padatan penukar ion

Kation/anion dalam air

Air

Air

Kolom penukar ion

KOAGULASI FLOKULASI : Definisi

Koagulasi : rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia

Flokulasi : slow mixing, kadang-kadang dengan penambahan koagulan aid (flokulan)

KOAGULASI FLOKULASI :

 

Diameter Ao

A. Sistem Koloidal-   Warna - Koloid inert (tanah liat, garam anorganik)-   Emulsi-   Bakteri-   AlgaB. Kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+)C. Polyelektrolit (BM 100.000 – 15.000.000)D.     Air 

 

50 - 1.000 1.000 - 30.000

2.000 - 100.000 5.000 - 100.000 50.000 - 8.000.000 1 - 2

250.000 - 40.000.000 4 

Ukuran partikel yang terlibat dalam koagulasi

KOAGULASI FLOKULASI

Distribusi muatan lapisan ganda

KOAGULASI FLOKULASI :contoh pengukuran potensial

zeta

Koagulasi air menggunakan alum

KOAGULASI FLOKULASI

1. Tawas

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 -----> 3CaSO4 + 2

Al(OH)3 + 18 H2O

2. Ferro sulfatFeSO4.7H2O + Ca(OH)2 -----> Fe(OH)2 + CaSO4 + 7

H2O

KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis koagulan

3. Ferri sulfatFe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ----> 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 +

6CO2

4. Ferri khlorida2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 ---------> 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3

5. PAC

KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis flokulan

KOAGULASI FLOKULASI : PE kationik

PE kationik seperti polyamine terhidrolisa dalam air

R R NH + H2O --- NH.H+ + OH-

R R == pada pH tinggi reaksi akan menyebabkan

reaksi bergeser ke kiri, dan polimer menjadi tidak bermuatan (non ionik). akan menurunkan kapasitas penukaran ion PE pada pH tinggi.

KOAGULASI FLOKULASI : PE anionik

Polymer anionik memiliki guhus karboksil dalam struktur molekulnya. Molekul ini akan terionisasi dalam air sebagai berikut.R-COOH === R-COO- + H+

Ion hydrogen akan memaksa reaksi ke kiri sehingga molekul ini akan menjadi non ionik pada pH rendah.

Contoh Diagram Alir : Pengolahan air sumber menajdi air minum dalam kemasan

Bak Tandon

Tanki UmpanOzone

Filter multimedia

Karbon Aktif

Cartridge filter 5, 3, 1 µ

Lampu Ultraviolet (UV)Tanki produk

Mesin Cup

Mesin Gallon

Mesin Botol

Generator Ozone

Air sumber

Bak Pencampur

Klarifier

Saringan Pasir

Bak Lumpur

Dekanter

Air

Lumpurpadat

Bak air terfiltrasi

Air Pendingin

Air sanitasi

Air untuk service

Filter karbon

Penukar kation

Dekarbonator

Penukar Anion

Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organikPenghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+

Peghilangan CO2

Penghilangan Cl-, NO3

-, SiO3-

Unit demineralisasi

Deaerator

Unit Injeksi Kimia

Air umpam boiler

Air Proses

Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)

Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll)

Alum, flokulan, NaOH, kaporit

Air baku (air sungai)

Contoh diagram penyediaan/pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri

Desinfeksi

KOLAMRENANG

kaporit

Air sumur artetis

overflow

Balancing tank

Saringan pasir

Kaporit, HCl, PAC,Soda abu

Contoh Blok Diagram pengolahan air di kolam renang